(57)【要約】【課題】軟組織の厚み方向の弾性率分布を簡単に求める。【解決手段】一端側から他端側に向かって幅寸法が拡大する形状を有する吸引孔が空けられ、吸引孔を通じて軟組織を吸引する吸引チャンバと、吸引孔内において一端側から他端側に向かう仮想線に沿って軟組織の吸引変形量を計測する変形量計測手段と、変形量計測手段によって計測された吸引変形量が入力されるコンピュータとを備え、コンピュータは、軟組織の有限要素モデルにおいて、変形量計測手段によって計測された吸引変形量に基づいて、仮想線上の位置と吸引変形量についての数値関数による近似式を求め、仮想線上の変形が弾性率分布パラメータを反映していると仮定して導出された推定式に近似式のパラメータを代入することにより、軟組織の表面から奥に向かっての弾性率分布を求める。【選択図】図１
2011055740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側から他端側に向かって幅寸法が拡大する形状を有する孔が空けられ且つ軟組織の垂直方向の変位を拘束する素材を前記軟組織の表面に当て、
前記軟組織に対して前記孔の反対側から陰圧を負荷して前記軟組織を吸引し、
前記孔内において前記一端側から前記他端側に向かう仮想線に沿って前記軟組織の吸引変形量を計測し、
前記吸引変形量に基づいて前記軟組織の弾性率の厚み方向分布を求めることを特徴とする軟組織弾性率分布計測方法。
【請求項２】
前記仮想線上の位置と前記吸引変形量との関係式を求め、
前記軟組織の弾性率を前記関係式の係数で表すことにより、前記弾性率の厚み方向分布を求めることを特徴とする請求項１に記載の軟組織弾性率分布計測方法。
【請求項３】
前記素材として、前記孔の形状が三角形になっているものを用い、
前記孔の頂点を通過する前記仮想線に沿って前記軟組織の吸引変形量を計測することを特徴とする請求項１に記載の軟組織弾性率分布計測方法。
【請求項４】
前記仮想線上の位置と前記吸引変形量とについての近似式を求め、
前記頂点近傍の変形が表層弾性率Ｅｔを、前記孔の重心近傍の変形が母層弾性率Ｅｂを、前記近似式の変曲点が表層厚みｈをそれぞれ反映していると仮定して導出された推定式に前記近似式のパラメータを代入することにより、前記表層弾性率Ｅｔ、前記母層弾性率Ｅｂおよび前記表層厚みｈを求めることを特徴とする請求項３に記載の軟組織弾性率分布計測方法。
【請求項５】
前記近似式において前記頂点からの距離が零の位置において推定される前記軟組織の吸引変形挙動から求められる弾性率を前記表層弾性率Ｅｔと仮定して得られた前記推定式より、前記表層弾性率Ｅｔを求めることを特徴とする請求項４に記載の軟組織弾性率分布計測方法。
【請求項６】
前記近似式において、前記三角形の重心付近の前記吸引変形量を反映するパラメータＣが前記表層弾性率Ｅｔと前記母層弾性率Ｅｂとそれぞれ線形の関係にある事、かつ前記表層弾性率Ｅｔと前記パラメータＣとの間の傾きが前記表層厚みｈに依存する事から導出された前記推定式より、前記母層弾性率Ｅｂを求めることを特徴とする請求項４または５に記載の軟組織弾性率分布計測方法。
【請求項７】
前記変曲点のx座標と前記表層厚みｈとが線形の関係にある事から導出された前記推定式より、前記表層厚みｈを求めることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１つに記載の軟組織弾性率分布計測方法。
【請求項８】
前記素材として、前記孔の形状が二等辺三角形になっているものを用い、
前記孔の対称軸に沿う前記仮想線に沿って前記軟組織の吸引変形量を計測することを特徴とする請求項４ないし７のいずれか１つに記載の軟組織弾性率分布計測方法。
【請求項９】
一端側から他端側に向かって幅寸法が拡大する形状を有する吸引孔が空けられ、前記吸引孔を通じて軟組織を吸引する吸引チャンバと、
前記吸引孔内において前記一端側から前記他端側に向かう仮想線に沿って前記軟組織の吸引変形量を計測する変形量計測手段と、
前記変形量計測手段によって計測された前記吸引変形量が入力されるコンピュータとを備え、
前記コンピュータは、前記変形量計測手段によって計測された前記吸引変形量に基づいて前記軟組織の弾性率の厚み方向分布を求めることを特徴とする軟組織弾性率分布計測装置。
【請求項１０】
前記コンピュータは、
前記仮想線上の位置と前記吸引変形量との関係式を求め、
前記軟組織の弾性率を前記関係式の係数で表した推定式より、前記弾性率の厚み方向分布を求めることを特徴とする請求項９に記載の軟組織弾性率分布計測装置。
【請求項１１】
前記吸引孔の形状は三角形であり、
前記変形量計測手段は、前記吸引孔の頂点を通過する前記仮想線に沿って前記軟組織の吸引変形量を計測することを特徴とする請求項９に記載の軟組織弾性率分布計測装置。
【請求項１２】
前記コンピュータは、
前記仮想線上の位置と前記吸引変形量とについての近似式を求め、
前記頂点近傍の変形が表層弾性率Ｅｔを、前記吸引孔の重心近傍の変形が母層弾性率Ｅｂを、前記近似式の変曲点が表層厚みｈをそれぞれ反映していると仮定して導出された推定式に前記近似式のパラメータを代入することにより、前記表層弾性率Ｅｔ、前記母層弾性率Ｅｂおよび前記表層厚みｈを求めることを特徴とする請求項１１に記載の軟組織弾性率分布計測装置。
【請求項１３】
前記コンピュータは、前記近似式において前記頂点からの距離が零の位置において推定される前記軟組織の吸引変形挙動から求められる弾性率を前記表層弾性率Ｅｔと仮定して得られた推定式より、前記表層弾性率Ｅｔを求めることを特徴とする請求項１２に記載の軟組織弾性率分布計測装置。
【請求項１４】
前記コンピュータは、前記近似式において、前記三角形の重心付近の前記吸引変形量を反映するパラメータＣが前記表層弾性率Ｅｔと前記母層弾性率Ｅｂとそれぞれ線形の関係にある事、かつ前記表層弾性率Ｅｔと前記パラメータＣとの間の傾きが前記表層厚みｈに依存する事から導出された推定式より、前記母層弾性率Ｅｂを求めることを特徴とする請求項１２または１３に記載の軟組織弾性率分布計測装置。
【請求項１５】
前記コンピュータは、前記変曲点のx座標と前記表層厚みｈとが線形の関係にある事から導出された推定式より、前記表層厚みｈを求めることを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか１つに記載の軟組織弾性率分布計測装置。
【請求項１６】
前記吸引孔の形状は二等辺三角形であり、
前記変形量計測手段は、前記吸引孔の対称軸に沿う前記仮想線に沿って前記軟組織の吸引変形量を計測することを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれか１つに記載の軟組織弾性率分布計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟組織の表面から奥に向かっての弾性率分布を計測する計測方法および計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体軟組織は、様々な力学特性をもつ要素からなる複合材料と言える。例えば、ヒトの皮膚は、表面から角層、表皮生細胞層、真皮に分けることができる。これらの組織は、ケラチノサイト、メラノサイト、コラーゲン線維、エラスチン線維といった力学特性の異なる要素の組成や構造の違いにより、弾性率などの力学特性が大きく異なる。そのため、表面からの深さにより軟組織の弾性率は変わる場合が多い。【０００３】
このような生体軟組織の力学特性を正確に調べるために、本発明者はプローブ型皮膚弾性率計測システムの開発を進めている。このシステムではピペット吸引法を応用している。【０００４】
ピペット吸引法とは、ピペットの先端を試料表面に接触させ、ピペット内部に負荷した陰圧によって生じる試料表面の変形量と、有限要素法による解析の結果を比較して、試料の弾性率を推定する方法である。【０００５】
具体的には、図９に示すように試料表面に円管（あるいは円孔の空いた板）を軽く押し当て、内部に陰圧を負荷して試料を管内に吸引し、この時の吸引圧ΔＰと吸引量Ｌの関係とコンピュータシミュレーション（FEM analysis）結果を比較して試料の弾性率（ヤング率）を求める。【０００６】
この方法により弾性率が計測される範囲は、表面からピペット直径分の深さまでの領域となることが解析と実験から判っている（例えば、非特許文献１参照）。そこで、吸引孔径の違う幾つかのピペットで試料を吸引した際の変形挙動を基に、表層と母層からなる２層モデルの表層の弾性率と厚み、そして母層の弾性率を求める方法が提案され、その有効性について確認されている（例えば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Aoki T et al., Ann Biomed Engng 25, 581-587, 1997.
【非特許文献２】松本健郎，川和拓央，永野雄二郎，佐藤正明：ピペット吸引法による皮膚表皮層・真皮層の弾性特性の分離計測に関する基礎検討，第13 回バイオエンジニアリング講演会講演論文集 228-229 (2001)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、非特許文献２に開示されている装置で利用されている従来のピペット吸引法では、断面（平面形状）が円形の孔で吸引していたために、直径の異なるピペット（または吸引孔）を何回も試料にあてて計測する必要があり、このため計測が煩雑であった。【０００９】
また、ヒトに於ける計測の場合のように、対象の状態が時々刻々変化する場合には計測精度にも問題があり、また計測に時間もかかっていた。【００１０】
本発明は、上記点に鑑みて、軟組織の厚み方向の弾性率分布を簡単に求めることが出来る軟組織弾性率分布計測方法および軟組織弾性率分布計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、一端側から他端側に向かって幅寸法が拡大する形状を有する孔が空けられ且つ軟組織の垂直方向の変位を拘束する素材を軟組織の表面に当て、
軟組織に対して孔の反対側から陰圧を負荷して軟組織を吸引し、
孔内において一端側から他端側に向かう仮想線に沿って軟組織の吸引変形量を計測し、
吸引変形量に基づいて軟組織の弾性率の厚み方向分布を求めることを特徴とする。【００１２】
これにより、軟組織の弾性率の厚み方向分布を一回の計測により簡単に求めることが出来る。【００１３】
また、上記目的を達成するため、本発明は、一端側から他端側に向かって幅寸法が拡大する形状を有する吸引孔が空けられ、吸引孔を通じて軟組織を吸引する吸引チャンバと、
吸引孔内において一端側から他端側に向かう仮想線に沿って軟組織の吸引変形量を計測する変形量計測手段と、
変形量計測手段によって計測された吸引変形量が入力されるコンピュータとを備え、
コンピュータは、変形量計測手段によって計測された吸引変形量に基づいて軟組織の弾性率の厚み方向分布を求めることを特徴とする。【００１４】
これにより、軟組織の弾性率の厚み方向分布を一回の計測により簡単に求めることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態における装置の全体構成図である。
【図２】図１の計測部を示す斜視図である。
【図３】表層と母層からなる２層モデルを３次元で表した斜視図である。
【図４】二等辺三角形孔の対称軸に沿った吸引変形量の一例を示すグラフである。
【図５】吸引変形量比の数値計算結果の一例を示すグラフである。
【図６】数式（２）の変曲点のx座標xfと表層厚みｈの関係の一例を示すグラフである。
【図７】母層弾性率Ｅｂと数式（２）の係数Ｃの関係の一例を示すグラフである。
【図８】コンピュータによる計算処理を示すフローチャートである。
【図９】ピペット吸引法の概念を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に本発明の一実施形態について、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８を参照しながら、詳細に説明する。
【００１７】
図１に実施形態の例を示す。試料１にプローブ２をあて、その下部にある吸引チャンバ３内をポンプ５により陰圧にすることにより、試料をチャンバ内に吸引する。吸引圧は圧力計測手段をなす圧力センサ７で計測しながら、電空レギュレータ６で制御する。計測制御はコンピュータ８を用い、データのやり取りはＩ／Ｏボード９で行われる。
【００１８】
さて、吸引チャンバ底面には図２に示すように二等辺三角形の孔（吸引孔）が空いており、この孔の頂点を通過する線分（仮想線）に沿った試料の変形を変形量計測手段をなすレーザ変位計４で計測する。ここで用いるレーザ変位計は一般に広く用いられているレーザビームで一点の変位を測定するタイプではなく、レーザシートを用い、そのシートに沿ったライン上の変位を計測できるタイプのものである。なお、頂点を通過する線分に沿った複数の位置での変位を複数のレーザビームで計測するようにしてもよい。
【００１９】
一定の圧を負荷した状態のラインに沿った吸引変形量を求め、以下に述べるアルゴリズムにより、ヤング率と上層の厚みを推定する。
【００２０】
底辺２ｍｍ、高さ２.５ｍｍの二等辺三角形孔で試料を吸引する有限要素モデル（力学モデル）を作成する（図３）。軟組織を模擬したモデルは、非圧縮性を仮定し、異なる弾性率の表層・母層をもつ有限要素２層モデルとする。吸引孔部分に１０ｋＰａの吸引圧力を負荷する。
【００２１】
孔壁は剛体と仮定し、接触部分の試料表面は垂直（ｚ）方向の変位のみを拘束、それ以外の表面は自由に変位できるものとする。２層モデルは表層弾性率Ｅｔ、母層弾性率Ｅｂ、表層厚さｈで定義し、各々に表１に示す値を代入することで１２５通りの２層モデルを作る。
【００２２】
【表１】
2011055740.tif 000003
【００２３】
吸引変形量は試料のｚ方向変位Ｌとして、二等辺三角形の対称軸上の分布を求める。分布は頂点からの距離ｘの関数として求める。図４に吸引量の分布Ｌ（ｘ）の例を示す。
【００２４】
有限要素解析で得られた対称軸上の吸引量分布と２層モデルの弾性率分布を表すＥｔ，Ｅｂ，ｈとの関係を調べ、吸引量分布から弾性率分布パラメータを次のようにして推定する。
【００２５】
（単層モデルの吸引量による規格化）
様々な条件の２層モデルの対称軸上の吸引量分布を統一的に取扱うために、弾性率Ｅ＝６０ｋＰａの単層モデルの吸引量分布Ｌ０（ｘ）を各モデルの吸引量分布Ｌ（ｘ）で除して数式（１）の吸引量比Ｌ＊（ｘ）を求める。
【００２６】
【数１】
2011055740.tif 000004
【００２７】
吸引量比Ｌ＊（ｘ）は２層モデルの様々な深さまでの見かけの弾性率と単層モデルの弾性率のおおよその比を表わす。なお吸引量は全例でｘ＝１.８ｍｍで極大となったので、０≦ｘ≦１.８の範囲について考察することとする。
【００２８】
（数値関数による近似）
吸引量比の分布を数式（２）で近似することとし、計算結果を最も良く近似するようにパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｎを決める。
【００２９】
【数２】
2011055740.tif 000005
【００３０】
近似の代表例を図５に示す。近似曲線と計算結果の相関は最低でも０.９９５である。
【００３１】
（Ｅｔの推定）
ピペット吸引法では吸引孔径と、弾性率を検知できる深さは同じなので、擬似的に小さい孔とみなせる三角形孔の頂点付近では、表面近傍のみの弾性率を推定していると考えられる。これを２層モデルに置き換えると頂点付近では表層弾性率Ｅｔが計測されることになる。換言すれば、薄い表層と厚い母層を有する２層モデルで吸引を行うと、頂点付近で測定されるのは表層の弾性率である。即ち、数式（２）のx＝０における値Ａ＋ＣがＥｔ／Ｅと等しくなる筈である。しかし実際には若干のズレが見られるため、これを補正した数式（３）を用いることで推定精度を向上させる。
【００３２】
【数３】
2011055740.tif 000006
【００３３】
（ｈの推定）
図６に数式（２）の変曲点のｘ座標ｘｆと表層厚みｈの関係を示す。両者にはｈ＝０.０２５ｍｍの場合を除き、ほぼ線形の関係があることが判る（相関係数０.９７）。全１２５種類のモデルの計算結果を図６に反映させたとき、Ｅｔ＝３０００ｋＰａのモデルではｈ、Ｅｂの推定精度が低いことが判る。そこで、ｈ＝０.０５，０.２０、Ｅｔ＝１５０〜１５００ｋＰａの範囲（図６実線部）の近似直線（数式（４））でｈを推定することとする。
【００３４】
【数４】
2011055740.tif 000007
【００３５】
（Ｅｂの推定）
母層弾性率ＥｂはＣとほぼ線形の関係にあることが判る（図７）。またＣは、三角形の重心付近の吸引量、すなわち表面からある程度の深さまでの弾性率を反映していると考えられるため、２層モデルの弾性率分布パラメータＥｔ，Ｅｂ，ｈすべてを変数とする関数で表すことができると予想される。そこで、ＣとＥｔ，Ｃとｈそれぞれの関係を調べ、関数の形を調べると、ＣとＥｔの間にもほぼ線形の関係があることが判る（相関係数:０.９９以上）。さらに、そのＥｔとＣの間の傾きはｈに依存することが判る。
【００３６】
そこで、以上のような関係をもつ数式（５）を作り、数値計算により係数ｐ，ｑ，ｒを決定する。数式（６）は、数式（５）に求めた係数を代入し、Ｅｂについて解いたものであり、この数式でＥｂを推定することとする。なお、Ｅｂ＝１０ｋＰａのモデルとＥｔ＝３０００ｋＰａのモデルは推定精度が低いため、Ｅｂ＝３０〜１００ｋＰａ、Ｅｔ＝１５０〜１５００ｋＰａの範囲を対象として推定式（６）の係数を求める。
【００３７】
【数５】
2011055740.tif 000008
【００３８】
【数６】
2011055740.tif 000009
【００３９】
一定の圧を負荷した状態のラインに沿って求めた吸引変形量を単層モデルの吸引変形量分布と比較し、数値計算により数式（２）の係数Ａ，Ｂ，Ｃ，ｎを定め、数式（３）、（４）、（６）より弾性率分布パラメータＥｔ，Ｅｂ，ｈを推定する。
【００４０】
具体的には、コンピュータ８によって、図８のフローチャートに示す計算処理を行う。
【００４１】
まず、ステップＳ１００では、試料の吸引変形量、すなわちレーザ変位計４からの変位信号を読み込む。
【００４２】
次いで、ステップＳ１１０では、二等辺三角形の吸引孔の頂点からの距離ｘと、試料の吸引変形量Ｌとの関係（ｘ，Ｌ）を求める。
【００４３】
次いで、ステップＳ１２０では、吸引量比の分布Ｌ＊（ｘ）を数式（１）で求める。なお数式（１）で用いられる吸引量分布Ｌ０（ｘ）、すなわち弾性率Ｅ＝６０ｋＰａの単層モデルの吸引量分布Ｌ０（ｘ）は予めコンピュータ８に記憶されている。
【００４４】
次いで、ステップＳ１３０では、吸引量比の分布Ｌ＊（ｘ）を上述した数式（２）で近似し、数式（２）のパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｎを求める。本例では、頂点からの距離ｘiにおけるＬ＊の実測値Ｌi＊と、距離ｘiにおけるＬ＊の理論値Ｌi＊’＝Ａexp(−Ｂｘｎ)＋Ｃとの差が最小になるようにパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｎを決める。具体的には，まずパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｎに適当な初期値を与え，それから数式（７）のＥが小さくなる方向にパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｎを少しずつ変えながら計算を繰返し，これ以上Ｅが小さくならなくなったときのパラメータＡ，Ｂ，Ｃ，ｎの組を解とする。
【００４５】
【数７】
2011055740.tif 000010
【００４６】
次いで、ステップＳ１４０では、ステップＳ１３０で求めたパラメータＡ，Ｃを数式（３）に代入して表層弾性率Ｅｔを求める。
【００４７】
次いで、ステップＳ１５０では、ステップＳ１３０で求めたパラメータＢ，ｎを数式（４）に代入して表層厚みｈを求める。
【００４８】
次いで、ステップＳ１６０では、ステップＳ１３０〜Ｓ１５０で求めたパラメータＣ、表層弾性率Ｅｔおよび表層厚みｈを数式（６）に代入して母層弾性率Ｅｂを求める。
【００４９】
このようにして、コンピュータ８によって弾性率分布パラメータＥｔ，Ｅｂ，ｈを求める。
【００５０】
有限要素法によって求めた吸引量分布を単層モデルの吸引量分布と比較し、上記の手順によりＥｔ，Ｅｂ，ｈを推定した推定結果の一例を表２に示す。表２で示したとおり、本発明により２層モデルの弾性率分布を高い精度で推定することができることが判る。
【００５１】
【表２】
2011055740.tif 000011
【００５２】
上記で説明したアルゴリズムを変更することにより、多層のヤング率分布を推定することも可能である。
【００５３】
また、上記一実施形態では吸入孔が二等辺三角形であるが、これに限定されるものではなく、一端側から他端側に向かって幅寸法が拡大する部位を有する形状であればよい。例えば、菱形やティアドロップ形などが考えられる。
【００５４】
本実施形態によると、従来のピペット吸引法において断面（平面形状）が円形の孔で吸引していたために何回も計測する必要があったものを、孔の形状を一端側から他端側に向かって幅寸法が拡大する部位を有する形状へ拡張することにより、孔内の位置によって小さな孔で吸引したときと同等の変形が生じる場所や大きな孔で吸引したときと同等の変形が生じる場所を作り出し、孔内において一端側から他端側に向かう仮想線上の吸引変形量から試料の力学的特性を一回の計測で求めることが出来る。
【００５５】
また、一端側から他端側に向かう仮想線に沿った吸引変形量を精密に測定し、仮想線上の位置と吸引変形量との関係式を求め、仮想線上の頂点付近の変形が試料表層のみの弾性特性を反映し、孔の重心付近の変形が試料の深い部分を含んだ弾性特性を表すとして弾性率を前記関係式の係数で表すことにより、試料弾性率の深さ方向分布を求める方法を定式化し、前記位置と吸引変形量との関係式の計算結果を利用し、吸引変形量の孔内の分布から試料の弾性率の厚み方向分布と表層の厚みを高精度に推定するので、軟組織の試料の厚み方向の力学特性の分布を高精度に計測することが出来る。
【００５６】
また、レーザ変位計と吸引チャンバとを備え、吸引チャンバ底面にその計測部として三角形の吸引孔を用いる事を特徴とするプローブを軟組織の試料の一部へ当てると、プローブに接続された圧力センサにより計測された吸引チャンバ内の圧力信号と、レーザ変位計により計測された試料の変位信号とが各々計測制御用コンピュータへ入力され、吸引チャンバ内の圧力が一定となるようにコンピュータにより算出された制御信号がプローブに接続された電空レギュレータとポンプへ出力される事により、吸引チャンバ内が一定の陰圧を負荷された状態になるとともに試料が三角形の吸引孔を通じチャンバ内へ吸引されるため、一定の圧を負荷した状態における吸引孔の頂点を通過する線分に沿った試料の吸引変形量をレーザ変位計により変形ラインに沿ったライン上の変位として計測した後、これを元に位置と変位量についての数値関数による近似式を求め、頂点を通過する線分上の頂点近傍の変形が表層弾性率Ｅｔを、吸引孔の重心近傍の変形が母層弾性率Ｅｂを、近似式の変曲点が表層の厚みｈをそれぞれ反映していると仮定し導出した推定式へ前記で求めた近似式のパラメータを代入することにより、軟組織表面から奥に向かっての弾性率の分布、すなわち表層弾性率Ｅｔ、母層弾性率Ｅｂ、表層の厚みｈを一回の計測により求めることができるので、軟組織の試料の厚み方向の力学特性の分布を一回の計測により簡単に、かつ高精度に計測することが出来る。
【００５７】
また、吸収孔を二等辺三角形とし、その対称軸に沿った試料の吸引変形量を計測する事により軟組織の試料の力学特性を計測するので、対称軸に沿った吸引変形量の近似式を単純化できるため、２層物理モデル等の単純なモデルに対し厚み方向の力学特性を高精度に高速に計測できる。
【００５８】
また、三角形孔（吸収孔）の頂点付近では表面近傍のみの弾性率を推定していると考え、頂点からの位置と吸引変形量の関係を表した近似式において位置が零近傍の時の弾性率を表層弾性率と仮定し得られる推定式より、表層弾性率Ｅｔを求めるので、表層弾性率Ｅｔを一回の計測で高精度に求めることができる。
【００５９】
また、位置と吸引変形量に関する近似式において、三角形の重心付近の吸引変形量、すなわち表面からある程度の深さまでの弾性率を反映するパラメータＣが表層弾性率Ｅｔおよび母層弾性率Ｅｂとそれぞれほぼ線形の関係にある事、かつＥｔとＣの間の傾きが表層の厚みｈに依存する事から導出される推定式より、母層弾性率Ｅｂを求めることで、母層弾性率Ｅｂを一回の計測で高精度に求めることができる。
【００６０】
また、位置と吸引変形量に関する近似式の変曲点のx座標と表層厚みｈが線形の関係にある事から導出された推定式より、表層厚みｈを求めるので、表層厚みｈを一回の計測で高精度に求めることができる。
【００６１】
また、吸収孔の形状と推定アルゴリズムとを変更する事により、２層物理モデルよりも複雑な多層の弾性率分布を推定できる。
【００６２】
本実施形態では、一端側から他端側に向かって幅寸法が拡大する形状を有する孔が空けられ且つ軟組織の垂直方向の変位を拘束する素材を軟組織の表面に当て、
軟組織に対して孔の反対側から陰圧を負荷して軟組織を吸引し、
孔内において一端側から他端側に向かう仮想線に沿って軟組織の吸引変形量を計測し、
吸引変形量に基づいて軟組織の弾性率の厚み方向分布を求めることを特徴とする。
【００６３】
これにより、軟組織の弾性率の厚み方向分布を一回の計測により簡単に求めることが出来る。
【００６４】
また、本実施形態では、仮想線上の位置と吸引変形量との関係式を求め、
軟組織の弾性率を前記関係式の係数で表すことにより、弾性率の厚み方向分布を求めることを特徴とする。
【００６５】
これにより、軟組織の弾性率の厚み方向分布を高精度に計測することが出来る。
【００６６】
また、本実施形態では、素材として、孔の形状が三角形になっているものを用い、
孔の頂点を通過する仮想線に沿って軟組織の吸引変形量を計測することを特徴とする。
【００６７】
これにより、吸引変形量の近似式を単純化できるため、軟組織の弾性率の厚み方向分布を高速に計測できる。
【００６８】
また、本実施形態では、仮想線上の位置と吸引変形量とについての近似式を求め、
頂点近傍の変形が表層弾性率Ｅｔを、孔の重心近傍の変形が母層弾性率Ｅｂを、近似式の変曲点が表層厚みｈをそれぞれ反映していると仮定して導出された推定式に前記近似式のパラメータを代入することにより、表層弾性率Ｅｔ、母層弾性率Ｅｂおよび表層厚みｈを求めることを特徴とする。
【００６９】
これにより、表層および母層を有する試料の弾性率分布を高精度かつ高速に計測できる。
【００７０】
また、本実施形態では、近似式において頂点からの距離が零の位置において推定される軟組織の吸引変形挙動から求められる弾性率を表層弾性率Ｅｔと仮定して得られた推定式より、表層弾性率Ｅｔを求めることを特徴とする。
【００７１】
これにより、表層弾性率Ｅｔを一回の計測で高精度に求めることができる。
【００７２】
また、本実施形態では、近似式において、三角形の重心付近の吸引変形量を反映するパラメータＣが表層弾性率Ｅｔと母層弾性率Ｅｂとそれぞれ線形の関係にある事、かつ表層弾性率ＥｔとパラメータＣとの間の傾きが表層厚みｈに依存する事から導出された推定式より、母層弾性率Ｅｂを求めることを特徴とする。
【００７３】
これにより、母層弾性率Ｅｂを一回の計測で高精度に求めることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、近似式の変曲点のｘ座標と表層厚みｈとが線形の関係にある事から導出された推定式より、表層厚みｈを求めることを特徴とする。
【００７５】
これにより、表層厚みｈを一回の計測で高精度に求めることができる。
【００７６】
また、本実施形態では、素材として、孔の形状が二等辺三角形になっているものを用い、
孔の対称軸に沿う前記仮想線に沿って前記軟組織の吸引変形量を計測することを特徴とする。
【００７７】
これにより、吸引変形量の近似式をより単純化できるため、軟組織の弾性率の厚み方向分布より高速に計測できる。
【００７８】
また、本実施形態では、一端側から他端側に向かって幅寸法が拡大する形状を有する吸引孔が空けられ、吸引孔を通じて軟組織を吸引する吸引チャンバと、
吸引孔内において一端側から他端側に向かう仮想線に沿って軟組織の吸引変形量を計測する変形量計測手段と、
変形量計測手段によって計測された吸引変形量が入力されるコンピュータとを備え、
コンピュータは、変形量計測手段によって計測された吸引変形量に基づいて軟組織の弾性率の厚み方向分布を求めることを特徴とする。
【００７９】
これにより、軟組織の弾性率の厚み方向分布を一回の計測により簡単に求めることが出来る。
【００８０】
また、本実施形態では、コンピュータは、
仮想線上の位置と吸引変形量との関係式を求め、
軟組織の弾性率を関係式の係数で表した推定式より、弾性率の厚み方向分布を求めることを特徴とする。
【００８１】
これにより、軟組織の弾性率の厚み方向分布を高精度に計測することが出来る。
【００８２】
また、本実施形態では、吸引孔の形状は三角形であり、
変形量計測手段は、吸引孔の頂点を通過する仮想線に沿って軟組織の吸引変形量を計測することを特徴とする。
【００８３】
これにより、吸引変形量の近似式を単純化できるため、軟組織の弾性率の厚み方向分布を高速に計測できる。
【００８４】
また、本実施形態では、コンピュータは、
仮想線上の位置と吸引変形量とについての近似式を求め、
頂点近傍の変形が表層弾性率Ｅｔを、吸引孔の重心近傍の変形が母層弾性率Ｅｂを、近似式の変曲点が表層厚みｈをそれぞれ反映していると仮定して導出された推定式に近似式のパラメータを代入することにより、表層弾性率Ｅｔ、母層弾性率Ｅｂおよび表層厚みｈを求めることを特徴とする。
【００８５】
これにより、表層および母層を有する試料の弾性率分布を高精度かつ高速に計測できる。
【００８６】
また、本実施形態は、コンピュータは、
近似式において頂点からの距離が零の位置において推定される軟組織の吸引変形挙動から求められる弾性率を表層弾性率Ｅｔと仮定して得られた推定式より、表層弾性率Ｅｔを求めることを特徴とする。
【００８７】
これにより、表層弾性率Ｅｔを一回の計測で高精度に求めることができる。
【００８８】
また、本実施形態では、コンピュータは、
近似式において、三角形の重心付近の吸引変形量を反映するパラメータＣが表層弾性率Ｅｔと母層弾性率Ｅｂとそれぞれ線形の関係にある事、かつ表層弾性率ＥｔとパラメータＣとの間の傾きが表層厚みｈに依存する事から導出された推定式より、母層弾性率Ｅｂを求めることを特徴とする。
【００８９】
これにより、母層弾性率Ｅｂを一回の計測で高精度に求めることができる。
【００９０】
また、本実施形態では、コンピュータは、近似式の変曲点のx座標と表層厚みｈとが線形の関係にある事から導出された推定式より、表層厚みｈを求めることを特徴とする。
【００９１】
これにより、表層厚みｈを一回の計測で高精度に求めることができる。
【００９２】
また、本実施形態では、吸引孔の形状は二等辺三角形であり、
変形量計測手段は、吸引孔の対称軸に沿う仮想線に沿って軟組織の吸引変形量を計測することを特徴とする。
【００９３】
これにより、吸引変形量の近似式をより単純化できるため、軟組織の弾性率の厚み方向分布より高速に計測できる。
【００９４】
上記した本実施形態により、皮膚や血管程度の柔らかさを有する軟組織の試料の表面から奥に向かっての弾性率の分布を一回の計測で、簡単に、手軽に、高精度に得ることが出来る。
【００９５】
ヒトに於ける計測の場合のように、対象の状態が時々刻々変化するため計測精度に問題が生じ、また計測に時間がかかる場合においても、一回の計測で済むため高精度な計測が短時間で可能となる。
【００９６】
孔の形状を変えることで、孔内の位置によって小さな孔で吸引したときと同等の変形が生じる場所や大きな孔で吸引したときと同等の変形が生じる場所を作り出すことができ、２層物理モデルよりも複雑な多層の弾性率分布を一回の計測で求めることができる。
【符号の説明】
【００９７】
１    試料
２    プローブ
３    吸引チャンバ
４    レーザ変位計（変形量計測手段）
５    ポンプ
６    電空レギュレータ
７    圧力センサ
８    コンピュータ
９    Ｉ／Ｏボード
１０  試料
１１  吸引チャンバ底面
１２  レーザシート
１３  吸引変形曲線
１４  表層
１５  母層
１６  吸引孔
１７  試料
１８  ピペットの断面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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